JP5225599B2 - ベッド用リニアアクチュエータ - Google Patents
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Description
CPR機構は、どのような状況下であっても素早い確実な作動が要求され、他方、通常のベッドの使用時におけるリニアアクチュエータの作動に対しては制約を及ぼさないことが要求される。
このようなCPR機構を備えた介護用ベッドとしては、背もたれ板の裏面に設けられた操作レバーと、リニアアクチュエータの逆転防止機構部の作動を解除するための解除レバーとがケーブルによって連結されており、操作レバーを把持して背もたれ板を一旦持ち上げて逆転防止機構部に作用している負荷を除去することにより、解除レバーを簡単に解除方向に回転させることができるように構成されているものがある(特許文献1参照)。
また、CPR機構を備えたリニアアクチュエータとしては、ワンウエイクラッチの操作扞を操作レバーによって押動することにより、ワンウエイクラッチの連結を強制的に解除するように構成されているものがある(特許文献2参照)。
本発明の他の目的は、CPR機構の作動時にベッド側面からワイヤまたはロッド等によって最短距離で操作力を伝達することができるリニアアクチュエータを提供することにある。
また、外力が操作レバーからワイヤまたはロッド等により、複雑な引き回し構造なしでクラッチの連結を解除することができるため、信頼性を向上させることができるとともに、コストを低減することができる。
すなわち、図2および図3に示されているように、リニアアクチュエータ10はハウジング11と、ハウジング11に対して進退する移動筒12を備えており、図1に示されているように、リニアアクチュエータ10の固定端側であるハウジング11がベッド1のフレーム2に枢軸3によって回転自在に枢支され、リニアアクチュエータ10の自由端側である移動筒12の先端が背部の寝床(以下、寝床という。)4を起伏させるためのリンク5に枢軸6によって回転自在に連結されている。
図1(a)に示されているように、リニアアクチュエータ10の移動筒12が短縮した状態で、寝床4は水平に倒伏されており、リニアアクチュエータ10の移動筒12が伸長すると、寝床4は図1(b)に示されているように起立されるようになっている。
支持筒13の内周面には雌ねじ部材を回り止めするための回り止め部14が一対、略全長にわたってそれぞれ敷設されており、両回り止め部14、14は軸方向に一定幅一定高さに延在する細長いキー形状にそれぞれ形成されている。
図4(b)および図5(b)に示されているように、支持筒13の先端開口部には外周に鍔部を有する円筒形状に形成されたプラグ15が嵌入されている。
ナット19の基端部の外周部には、キー溝形状に形成された回り止め部20が一対それぞれ形成されており、両回り止め部20、20は支持筒13の内周面の一対の回り止め部14、14に軸方向に摺動自在にそれぞれ嵌合されている。したがって、ナット19は支持筒13に回り止め部14、20によって回り止めされた状態で、軸方向に摺動するようになっている。
スライダ21の基端部の外周部には、キー溝形状に形成された回り止め部22が一対それぞれ形成されており、両回り止め部22、22は支持筒13の内周面の一対の回り止め部14、14に軸方向に摺動自在にそれぞれ嵌合されている。したがって、スライダ21は支持筒13に回り止め部14、22によって回り止めされた状態で、軸方向に摺動するようになっている。
スライダ21の先端部の外周には移動筒12の基端部が嵌入されており、移動筒12はスライダ21に固定部23によって固定されている。移動筒12は支持筒13よりも長い丸パイプ形状に形成されている。
移動筒12の先端部は支持筒13に嵌着されたプラグ15から先方に突き出されており、移動筒12の中間部はプラグ15によって摺動自在に支承された状態になっている。
連結具25の先端部には取付孔27が開設されており、枢軸6が取付孔27に挿入されることにより、移動筒12がリンク5に連結されるようになっている。
連結具32の外側端面にはブラケット34が突設されており、ブラケット34には取付孔35が開設されている。枢軸3が取付孔35に挿入されることにより、リニアアクチュエータ10の基端部がフレーム2に連結されるようになっている。
おり、回転軸41の中間部はモータ装着部36に設置された玉軸受37によって回転自在に支承されている。
両支持軸44、45には一対のウオームホイール46、47がそれぞれ嵌合されて回転自在に支承されており、両ウオームホイール46、47は右捩れウオーム42および左捩れウオーム43にそれぞれ噛合されている。両ウオームホイール46、47には中間ギヤ48、49が軸芯合わせされて一体的にそれぞれ連設されており、両中間ギヤ48、49は同一の駆動ギヤ50にそれぞれ噛合されている。
すなわち、サブハウジング30にはサブシャフト52がシャフト16の延長線上に配されて回転自在に支承されており、駆動ギヤ50はサブハウジング30内においてサブシャフト52の一端部の外周に嵌合されている。駆動ギヤ50の一端面にはキー溝51aが没設され、サブシャフト52にはキー51bが植設されており、キー溝51aとキー51bとが滑りキー結合されている。
このように駆動ギヤ50をサブシャフト52に軸方向に摺動自在で一体的に回転するように結合することにより、サブシャフト52に加わる軸方向(スラスト方向)の荷重(力)が駆動ギヤ50に伝達されるのを防止することができる。
但し、駆動ギヤ50はサブシャフト52に一体成形してもよい。
深溝玉軸受54はシャフト16のラジアル荷重だけでなくシャフト16のスラスト荷重も支承し得るようにサイズが大きめに設定されており、軸受設置部53は深溝玉軸受54のアウタレースの外周面を摺動させる構造に構成されている。
このようにシャフト16を回転自在に支承するラジアル転がり軸受をサイズが大きめの深溝玉軸受54によって構成し、外周面で摺動し得るように設定することにより、シャフト16のスラスト荷重を支承するスラスト軸受を省略することができる。
ワンウエイクラッチ57は、互いに対になるアウタレース58およびインナレース59と、アウタレース58とインナレース59との間に転動自在に挟設された複数本のローラ60とを備えており、ローラ60がアウタレース58の内周面とインナレース59の外周面とに楔状に噛合することにより、シャフト16の一方向の回転時にアウタレース58とシャフト16とを連結するように構成されている。
ワンウエイクラッチ57のアウタレース58は深溝玉軸受54のアウタレースのみに接している。
ベースプレート62は略円形リング形状に形成されており、サブシャフト52の外周に嵌合されている。ベースプレート62はサブハウジング30側の端面に突設された一対の係合部がサブハウジング30の対向面の係合穴にそれぞれ係合されることにより、回り止めされている。
ブレーキプレート63はベースプレート62よりも小径の略円形リング形状に形成されている。ブレーキプレート63はワンウエイクラッチ57のアウタレース58に回り止めされて嵌合されており、ブレーキプレート63とベースプレート62との合わせ面によって制動面が構成されている。
操作リング66の外周には一対の環状溝68、68が互いに平行に没設されている。両環状溝68、68には一対のコントロールワイヤ69、69の一端部のそれぞれが巻き掛けられて係止されるようになっている。
一対のコントロールワイヤ69、69の他端のそれぞれはベッド1の左右両側に配線され、ベッド1の左右に設置された操作レバー(図示せず)にそれぞれ係止される。したがって、緊急時に、左右のコントロールワイヤ69、69の他端部を操作レバーによってそれぞれ引っ張ることにより、操作リング66はベッド1の左右のいずれの側からもベッド1をフラットに倒すことができる。
図8に示されているように、両カム孔71、71はハウジング11の軸心の直交面に対して傾斜されている。したがって、両平行ピン70、70は操作リング66の周方向への摺動(回動)に伴って両カム孔71、71に倣うことにより、軸方向に移動するようになっている。
作動リング72の外周面には環状溝73が没設されており、環状溝73にはカム孔71に挿通された一対の平行ピン70、70の先端部がそれぞれ挿入されている。作動リング72は操作リング66の回動に伴う平行ピン70の軸方向への移動により、軸方向へ移動されるようになっている。
アウタレース58の外周におけるサブハウジング30側の端部には、スプリングシート74が嵌着されており、スプリングシート74と作動リング72のサブハウジング30側の端面との間には、リターンスプリング75が圧縮状態で介設されている。リターンスプリング75は作動リング72をサブハウジング30と反対側の方向に常時付勢するようになっている。
ワンウエイクラッチ57のインナレース59の外周面には環状溝78が没設されており、環状溝78には挿通孔77に挿通された一対の係合ピン76、76の先端部がそれぞれ挿入されている。インナレース59は操作リング66に追従した作動リング72の軸方向への移動により係合ピン76、76および環状溝78を介して軸方向へ移動されるようになっている。
アウタレース58の内周におけるサブハウジング30側の端部には、スプリングシート79が嵌着されており、スプリングシート79とインナレース59のサブハウジング30側の端面との間には、リターンスプリング80が圧縮状態で介設されている。リターンスプリング80はインナレース59をサブハウジング30と反対側の方向に常時付勢するようになっている。
3個の係合雄部82、82、82は、シャフト16にピン84によって固定されたカラー55のサブシャフト52側の端面に形成された3個の係合雌部83、83、83にそれぞれ係合および係合解除するように構成されている。3個の係合雌部83、83、83も互いに同一形状に形成されており、周方向に等間隔すなわち互いに120度離間した位置に配置されている。
係合雄部82の周方向の長さは、係合雌部83の周方向の長さよりも短く設定されている。
係合雄部82の周方向の長さをL1、係合雌部83の周方向の長さをL2とすると、係合雄部82の周方向の長さと係合雌部83の周方向の長さとは次式を満足するように設定することが好ましい。
L1/L2≦1/2
インナレース59がリターンスプリング80によって押し戻されている通常の状態においては、3個の係合雄部82、82、82は3個の係合雌部83、83、83にサブシャフト52側からそれぞれ進入して係合した状態になっており、インナレース59が操作リング66に追従した作動リング72の軸方向への移動によって軸方向へ移動された時には、3個の係合雄部82、82、82は3個の係合雌部83、83、83からサブシャフト52側へ離脱して係合を解除するようになっている。
つまり、インナレース59は入力軸としてのサブシャフト52とシャフト16との連結および解除を実行するクラッチを構成している。
サブシャフト52との連結解除により、シャフト16は自由に回転可能な状態になるために、ベッド1の寝床4は緊急に倒れることが可能な状態になる。
ハウジング11の内部におけるポテンショセンサ設置部85には、ウオーム軸88がシャフト16の軸方向と直交する方向に配置されて、滑り軸受87によって回転自在に支持されている。ウオーム軸88の両端部には第一ウオーム89と第二ウオーム90とがそれぞれ刻設されており、第一ウオーム89はウオームホイール86に噛合されている。
ハウジング11の外部におけるポテンショセンサ設置部85にはポテンショセンサ91が、ポテンショセンサ91のセンサ軸92がウオーム軸88およびシャフト16に直交する方向になるように設置されている。センサ軸92にはドリブンギヤ93が一体回転するように固定されている。
ポテンショセンサ設置部85におけるポテンショセンサ91の片脇には、リダクションギヤ軸94が平行に軸架されており、リダクションギヤ軸94には互いに一体的に回転する大径リダクションギヤ95および小径リダクションギヤ96が回転自在に支承されている。小径リダクションギヤ96にはドリブンギヤ93が噛合されており、大径リダクションギヤ95には第二ウオーム90が噛合されている。
したがって、シャフト16の回転はウオームホイール86、第一ウオーム89、第二ウオーム90、大径リダクションギヤ95、小径リダクションギヤ96、ドリブンギヤ93を経由してセンサ軸92に伝達される。
ポテンショセンサ91はセンサ軸92の回転量を直線運動に変換して、電圧の大きさに変換するように構成されている。
予め、リニアアクチュエータ10はベッド1に図1に示されているように組み付けられる。すなわち、枢軸3がベッド1のフレーム2に挿通されてリニアアクチュエータ10の連結具32に挿通されることにより、リニアアクチュエータ10は枢軸3によってベッド1のフレーム2に回転自在に枢支され、寝床4側の枢軸6がリニアアクチュエータ10の移動筒12側の連結具25に挿通されることにより、リニアアクチュエータ10は寝床4に枢軸6によって回転自在に連結される。
このシャフト16の正回転時にはワンウエイクラッチ57とシャフト16との連結が解除されるために、シャフト16のみが正回転する。この際には、ワンウエイクラッチ57のアウタレース58に嵌合されたブレーキプレート63とベースプレート62との間の制動力は、起こらない。
ここで、モータ40の回転軸41の駆動力がサブシャフト52すなわちシャフト16に伝達される際に、回転軸41のトルクが一対のウオームホイール46、47に二分されるので、一対のウオームホイール46、47の外径を小さく設定することができる。
ウオームホイールの外径を小さく設定することにより、リニアアクチュエータ10を小型化することができる。
例えば、10000Nのリニアアクチュエータの設計において、従来はリニアアクチュエータの外径が直径110mmになるところ、本実施の形態に係るリニアアクチュエータにおいては、直径90mmに小型化することができた。
なお、回り止め機構はリニアアクチュエータ10がベッド1に取り付けられていない時に移動筒12が回ってしまい、ポテンショセンサ91と移動筒12との位置関係に狂いが出てしまうのを防止するためのものであり、リニアアクチュエータ10がベッド1に取り付いてしまうと、移動筒12がベッド1に固定された状態になるので、不要になる。
所定の上限位置に対応するポテンショ電圧を検出すると、コントローラはモータ40を自動的に止める。
ここで、シャフト16の回転をポテンショセンサ91のセンサ軸92に伝達するのに、ウオームホイール86およびウオーム軸88すなわちウオーム歯車減速装置を使用しているので、ポテンショセンサ91をシャフト16から離れた位置に配置することができ、ポテンショセンサ91の設置場所の自由度を高めることができる。
また、ウオーム歯車減速装置を使用することにより、減速比を大きく設定することができるので、大径リダクションギヤ95、小径リダクションギヤ96、ドリブンギヤ93の減速比を大きく設定しなくても済む。
なお、ウオーム軸88の第二ウオーム90は大径リダクションギヤ95や中間ギヤ等に置き換えてもよい。
この負荷側逆回転作用力はアウタレース58とシャフト16とを連結させるように作用するために、ワンウエイクラッチ57のアウタレース58に嵌合されたブレーキプレート63とベースプレート62との合わせ面によって制動面が形成され、シャフト16は逆回転を阻止される。したがって、リニアアクチュエータ10は寝床4の荷重を持ち上げたままの状態で支持することができる。
シャフト16がモータ40によって逆回転されると、ナット19は支持筒13に沿って後退される状態になるために、ナット19に連結された移動筒12は支持筒13に引き込まれて行く。移動筒12の後退によって移動筒12の連結具25に連結されたベッド1の寝床4が倒されて行く。
この際にはシャフト16が逆回転するために、ワンウエイクラッチ57のアウタレース58とインナレース59とはローラ60によって連結した状態になるが、ブレーキプレート63とアウタレース58との間の制動力は、モータ40のシャフト16に対する駆動力よりも小さく設定されているので、ワンウエイクラッチ57はハウジング11に対して空回りすることにより、シャフト16のハウジング11に対する逆回転を許容する。
つまり、シャフト16がハウジング11に対して逆回転することにより、ナット19を支持筒13に沿って後退させるので、ナット19に連結された移動筒12を支持筒13に引き込み、移動筒12の連結具25に連結されたベッド1の寝床4を倒して行く。
所定の下限位置に対応するポテンショ電圧を検出すると、コントローラはモータ40を自動的に止める。
但し、寝床4が倒伏した状態で、負荷側逆回転力がシャフト16に常に加わったとしても、シャフト16の逆回転は前述した作用によって防止されることになる。
心肺蘇生術の実施等の緊急時に、図1(b)に示されているように、寝床4が起立された状態から寝床4を迅速にフラットにさせる際に、ベッド1の左右のいずれかのコントロールワイヤ69が操作レバーへの操作によって引っ張られると、図10(a)に示されているように、操作リング66が回動される。
操作リング66が回動されると、図10(b)に示されているように、作動リング72がリターンスプリング75の付勢力に抗してサブハウジング30の方向に移動され、この作動リング72の移動によってインナレース59がサブハウジング30の方向に移動される。
このインナレース59の移動によって各係合雄部82が各係合雌部83から離脱することにより、各係合雌部83との係合を解除するために、サブシャフト52とシャフト16との連結は解除した状態になる。
このシャフト16とサブシャフト52との連結解除により、シャフト16はインナレース59の内周で回転自由な状態になる。
この状態において、ベッド1の寝床4の荷重(患者の体重等)がナット19へ、ナット19を後退させる方向の力として移動筒12を介して作用する状態になるために、シャフト16には移動筒12すなわち負荷側から逆回転させようとする負荷側逆回転作用力が、ナット19の雌ねじ部18およびシャフト16の送り用雄ねじ部17の作用によって加わっている。
この負荷側逆回転作用力により、シャフト16はインナレース59の内周で逆回転されるために、寝床4は自重によって倒れることができる。
本実施の形態においては、サブシャフト52側のインナレース59とシャフト16側のカラー55との連結および解除の制御が、3個の係合雄部82と3個の係合雌部83とによって実行されるために、CPR機構65の操作レバーが途中で離された場合であっても、確実に元の状態に戻ることができる。
ベッドの通常の起伏作動時においては、インナレース59の係合雄部82とカラー55の係合雌部83とは、図11(a)に示されているように係合している。
図11(a)において、実線矢印A1はベッド上昇作動時のインナレース59の回転方向を示しており、破線矢印A2は負荷側逆転作用力の方向を示している。
CPR機構65の操作レバーが引かれると、図11(b)に矢印A3で示された方向にインナレース59がCPR機構65によって移動されることにより、係合雄部82は係合雌部83との係合を解除するために、カラー55すなわちシャフト16は負荷側逆転作用力の矢印A2の方向に回転する。
寝床4が下限に達する前の途中で、CPR機構65の操作レバーが離されると、図11(c)に矢印A4で示された方向にインナレース59がCPR機構65によって移動されるために、係合雄部82は係合雌部83と係合する元の位置に戻る。
このとき、図11(c)に示されているように、係合雄部82が隣り合う係合雌部83、83の隔壁部83aと突き当たる可能性が極僅かであるが有る。
本実施の形態においては、万一、係合雄部82が隔壁部83aと突き当たったとしても、係合雄部82の周方向の長さが係合雌部83の周方向の長さよりも短く設定されており、かつ、カラー55は負荷側逆転作用力によって矢印A2の方向に高速度で回転されているために、図11(d)示されているように、係合雄部82は係合雌部83に相対的に落ち込むことにより、係合雄部82は係合雌部83と係合する元の位置に確実に戻る。
また、操作レバーの力が方向転換せずに伝わるので、シンプルで確実な操作を実現することができる。
その場合、複数個の係合雄部が複数個の係合雌部の隔壁に偏って突合しないように、回転対称形に配置することが望ましい。
床面を上下させるように構成した場合には、緊急時に床面を直ちに下降させることができるという効果を奏することができる。
10…リニアアクチュエータ、11…ハウジング、12…移動筒、13…支持筒、14…回り止め部、15…プラグ、16…シャフト、17…雄ねじ部、18…雌ねじ部、19…ナット(雌ねじ部材)、20…回り止め部、21…スライダ、22…回り止め部、23…固定部、24…かしめ部、
25…連結具、26…基端部、27…取付孔、
29…ビス、30…サブハウジング、31…開口部、32…連結具、33…閉塞部、34…ブラケット、35…取付孔、36…モータ装着部、37…玉軸受、
40…モータ、41…回転軸、42、43…ウオーム、44、45…支持軸、46、47…ウオームホイール、48、49…中間ギヤ、50…駆動ギヤ、
51a…キー溝、51b…キー、52…サブシャフト、53…軸受設置部、54…深溝玉軸受(スラスト軸受兼用ラジアル転がり軸受)、55…カラー、
56…ワンウエイクラッチ設置部、57…ワンウエイクラッチ、58…アウタレース、59…インナレース(CPR機構のクラッチのスリーブ)、60…ローラ、
61…ブレーキプレート設置部、62…ベースプレート、63…ブレーキプレート、
65…CPR機構、66…操作リング、67…締結具、68…環状溝、69…コントロールワイヤ、70…平行ピン、71…カム孔、72…作動リング、73…環状溝、74…スプリングシート、75…リターンスプリング、76…係合ピン、77…挿通孔、78…環状溝、79…スプリングシート、80…リターンスプリング、
81a…雌スプライン、81b…雄スプライン、82…係合雄部、83…係合雌部、83a…隔壁部、84…ピン、
85…ポテンショセンサ設置部、86…ウオームホイール、87…滑り軸受、88…ウオーム軸、89…第一ウオーム、90…第二ウオーム、91…ポテンショセンサ、92…センサ軸、93…ドリブンギヤ、94…リダクションギヤ軸、95…大径リダクションギヤ、96…小径リダクションギヤ。
Claims (5)
- 雄ねじ部を有し、負荷側から回転作用力が加わっているシャフトを回転自在に支承したハウジングと、
前記雄ねじ部に螺合して前記シャフトの正逆回転によって進退する雌ねじ部材と、
この雌ねじ部材に固定されて前記ハウジングに対して進退する移動筒と、
前記シャフトにモータの回転を伝達する入力軸と、
この入力軸と前記シャフトとの連結および解除を実行するクラッチと、
前記ハウジングに開設されたカム孔と、
このカム孔を挿通するピンと、
このピンの先端部が挿入される環状溝が外周に設けられ、軸方向に移動可能な作動リングと、を備えており、
前記クラッチは、前記作動リングの軸方向移動に伴い前記入力軸上を摺動自在なスリーブと、このスリーブと前記シャフトとの間に設けられ互いに係合および解除する係合雄部および係合雌部と、を有する、
ことを特徴とするベッド用リニアアクチュエータ。 - 前記ハウジングの外周に操作リングが回転自在に嵌合され、この操作リングに前記ピンが設けられ、
前記作動リングの軸方向移動は前記操作リングの動作に追従するとともに、前記作動リングは、前記操作リングの回転を軸方向の移動に変換して前記クラッチに伝達する、
ことを特徴とする請求項1に記載のベッド用リニアアクチュエータ。 - 前記スリーブは、前記シャフトの方向に弾性部材により常時付勢されている、
ことを特徴とする請求項1または2に記載のベッド用リニアアクチュエータ。 - 前記作動リングが、前記シャフトの方向に弾性部材により常時付勢されている、
ことを特徴とする請求項1、2または3に記載のベッド用リニアアクチュエータ。 - 前記係合雄部の周方向の長さは、前記係合雌部の周方向の長さよりも短く設定されている、
ことを特徴とする請求項1、2、3または4に記載のベッド用リニアアクチュエータ。
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